其電流密度在導(dǎo)線橫截面上的分布圖形,低頻時電流
密度分布差異還不大。但當(dāng)頻率, %達 &’’()*時,中心
部位電流密度變得很小,表面電流密度很大,電流明顯
地趨向?qū)w表面。
趨膚效應(yīng)的大小以滲透深度 來描述,即電流密
度減少到表面電流密度的 &+,-./0時的深度。一般
從表面至中心電流按指數(shù)規(guī)律衰減。如
1-12, "
" •( " "3)
式中 12為表面電流密度( 4+ 5);1為距表面深 處的
電流密度( 4+ 5);為磁導(dǎo)率( )+ 5);為電導(dǎo)率(% "& •5 "&);為滲透深度(5);%為頻率()*)。
當(dāng)112-&, -, "&時從公式( " "3)得
"
"&
, "• -,
所以 -
& -
& -
6’. ( 5)( " "8)" &% %7
由上式表明滲透深度 是與頻率 %平方根成反比。 %愈大 愈小。因此在渦流檢
測中如需要檢測的裂紋深度大時,則必須選擇較低頻率。如只需檢測表面裂紋則可
選擇較高的頻率 %。
公式( " "8)對無限大的導(dǎo)體平面是適用的,但對其他形狀導(dǎo)體只要其曲率
半徑 )時也適用。
通過圓柱導(dǎo)體內(nèi)的交變磁通,由于趨膚效應(yīng),其磁通量分布。其圖像可解釋如
下:
激勵磁場進入圓柱體橫截面時,按法拉第感應(yīng)定律感生了渦流,渦流又產(chǎn)生了渦
流磁場。此磁場與激勵磁場方向相反,減弱了原激勵磁場,滲透深度 愈深時,在
范圍內(nèi)產(chǎn)生的渦流的總反磁場也愈大,與原始激勵磁場相低消后,能夠滲入進去的磁
場就愈小。
第三節(jié) 渦流檢測方法
進行渦流檢測,除了要了解它的特點、原理及儀器設(shè)備的性能外,更重要地,還必須能正確地制定和執(zhí)行操作規(guī)程,有效地調(diào)節(jié)和使用儀器設(shè)備,這樣才能取得正確、可靠的試驗結(jié)果。
•9’/•
圖 " "趨膚效應(yīng)
一、檢測規(guī)范
為了有效進行檢測并得出可靠的檢測結(jié)果,檢測前必須對每一具體的檢測根據(jù)其檢測的種類、目的和要求,就檢測方法、儀器設(shè)備、檢測條件及驗收標(biāo)準(zhǔn)等一系列與檢測有關(guān)的細(xì)則作出明確的規(guī)定。這種細(xì)則的擬定稱為規(guī)范的制定。
作為規(guī)范的項目和內(nèi)容隨應(yīng)用的不同是有差異的,較為通用的內(nèi)容有以下幾種:()檢測目的(探傷、材質(zhì)鑒別、測厚);(")試件(名稱、材料、材料規(guī)格以及數(shù)量等);()驗收標(biāo)準(zhǔn)(或試驗要求);()檢測裝置(儀器、線圈、附加裝置等);(%)檢測條件(如檢測時要求的檢測頻率、靈敏度、檢測速度及試件的表面粗糙
度等);(&)標(biāo)準(zhǔn)試件或?qū)Ρ仍嚰ㄈ鐧z測時對比試件的材料、形狀、尺寸以及人工缺陷的種類、尺寸和加工方法等);(’)檢測所要求的記錄內(nèi)容,檢測人員的資格等。
二、檢測準(zhǔn)備
為了保證檢測的順利進行和提高檢測結(jié)果的可靠性,檢測前應(yīng)做必要的準(zhǔn)備工
作,其內(nèi)容包括以下幾方面。 (檢測方法和設(shè)備的選擇檢測方法和設(shè)備應(yīng)在全面分析下列因素之后加以確定:
()檢測目的;
(")檢測材質(zhì);
()試件的形狀、大小及數(shù)量;
()檢測參數(shù)及其大小。
"(線圈的選擇線圈是渦流檢測的信號傳感器,它的性能直接影響測量精度和檢測結(jié)果的可靠
性。選擇線圈的主要考慮因素有:()試件的形狀和大;(")線圈的參數(shù)及拾取信號的方式必須與儀器適配;()檢測時要適合于被檢缺陷。
(檢測條件檢測前,必須對粘附在試件上的金屬粉、氧化皮、油脂等進行清除,否則,這些粘附物干擾儀器的檢測信號,影響檢測結(jié)果尤其是非鐵磁性材料試件上的磁性粘附物, •&*)•
對檢測的影響是很嚴(yán)重的。
"對比試件的準(zhǔn)備
對比試件(或標(biāo)準(zhǔn)試件)作為調(diào)節(jié)檢測儀器和判廢標(biāo)準(zhǔn)的工具,對檢測結(jié)果影響極大,所以,制作時應(yīng)予以足夠的重視,如檢測規(guī)范已做了明確規(guī)定,則必須嚴(yán)格按照規(guī)范進行制作。
"儀器預(yù)調(diào)
在正式檢測前,應(yīng)對儀器進行預(yù)調(diào),以便能使儀器的性能趨于穩(wěn)定,保證檢測結(jié)果的可靠性和良好的重復(fù)性。儀器預(yù)調(diào)時間一般為 %&’( ) *%&’((如果儀器使用說明書有專項說明,則按儀器說明書進行),通常檢測條件(參數(shù))的選擇應(yīng)在儀器經(jīng)過預(yù)調(diào)、性能穩(wěn)定后進行。
+"附加裝置的調(diào)整
配備有進給裝置的自動檢測儀,為了減少管棒材試件通過線圈時的偏心和振動,需要調(diào)節(jié)進給裝置的滾輪高度和動作機構(gòu)。
三、檢測條件的選擇
在檢測的準(zhǔn)備工作完畢之后,需要調(diào)節(jié)儀器,確定和選擇檢測條件(參數(shù)、狀態(tài))。這里,以采用穿過式線圈的管棒材自動檢測為例,其檢測條件的主要內(nèi)容有以下幾項。
,"檢測頻率的選擇
渦流檢測的靈敏度在很大程度上依賴于檢測頻率。通常,檢測頻率依據(jù)下列因素進行選擇:
(,)趨膚效應(yīng)(滲透深度)和檢測靈敏度。由于趨膚效應(yīng),在導(dǎo)體中流動的高頻電流將趨于導(dǎo)體表面。要對試件表面下某一深度進行檢測時,所選的頻率要低于某一值。但是降低檢測頻率會使線圈與試件之間的能量耦合效率降低,從而降低檢測靈敏度。所以,在依據(jù)滲透深度選擇頻率時,應(yīng)兼顧到檢測靈敏度。
()檢測因素的阻抗特性。利用檢測因素對線圈阻抗的影響選擇頻率的方法可分兩種:其一,選擇檢測因素產(chǎn)生最大阻抗變化時的頻率。圖 - -是采用穿過式線圈對非磁性棒材檢測時,不同深度的人工表面裂紋引起的阻抗變化(垂直于直徑效應(yīng)方向的分量)與頻率比之間的關(guān)系曲線。由圖中可以看出,裂紋引起的阻抗變化最大時的頻率值,較深的裂紋處于 ./.0 1,的附近,而對較淺的裂紋在 ./.0 1%附近。在這種情況下,檢測頻率應(yīng)在 ./.0 1, )%范圍內(nèi)選取。圖 - -+是含有皮下裂紋的圓棒試件,在不同頻率比下其裂紋埋藏深度對阻抗產(chǎn)生的效應(yīng)(同樣是沿垂直直徑效應(yīng)方向的分量)。由圖可知頻率越高,內(nèi)部缺陷引起的阻抗變化越小,也即檢測能力越低。這時的檢測頻率應(yīng)該在 ./.0 1 )%的范圍內(nèi)選取。如果需要兼顧內(nèi)、外表面缺陷的檢測,則試驗頻率應(yīng)選取在 ./.0 1,附近。圖 - -2是當(dāng)電導(dǎo)率有 ,3的變化時,線圈阻抗隨
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